JP2022533388A - ｉｎ－ｓｉｔｕ原子層堆積プロセス - Google Patents

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Abstract

本開示の実施形態は、パターニングプロセスの間、最中、前、又は後に、基板上に所望の材料層を形成するための方法及び装置を提供する。一実施形態では、基板上に材料層を形成するための方法は、有機ケイ素化合物を含む第１のガス前駆体を基板の表面上にパルス状にすることを含む。該方法はまた、第１の元素を第１のガス前駆体から基板の表面に配置することを含む。この方法は、第１の元素を配置している間、基板の温度を摂氏約１１０度未満に維持することをさらに含む。第２のガス前駆体は基板の表面上にパルス状にされる。さらに、該方法は、基板の表面上の第２のガス前駆体から第１の元素に第２の元素を配置することを含む。【選択図】図２

Description

背景
分野
本開示の例は、概して、堆積プロセスに関する。特に、本開示の実施形態は、エッチングチャンバ内でその場での原子層堆積プロセスを使用して、基板上に材料層を形成するための方法を提供する。
関連技術の説明
集積回路（ＩＣ）又はチップの製造では、チップの様々な層を表すパターンがチップ設計者によって作成される。一連の再利用可能なマスク、又はフォトマスクは、製造プロセス中に各チップ層の設計を半導体基板に転写するために、これらのパターンから作成される。マスクパターン生成システムは、精密レーザー又は電子ビームを使用して、チップの各層のデザインをそれぞれのマスクに画像化する。次に、マスクは写真ネガのように使用され、各層の回路パターンを半導体基板に転写する。これらの層は一連のプロセスを使用して構築され、完成した各チップを含む小さなトランジスタと電気回路に変換される。したがって、マスクの欠陥がチップに移り、性能に悪影響を与える可能性がある。十分に深刻な欠陥があると、マスクが完全に役に立たなくなる可能性がある。通常、１５～１００個のマスクのセットを使用してチップを構築し、繰り返し使用できる。
限界寸法（ＣＤ）の縮小に伴い、現在の光リソグラフィは４５ナノメートル（ｎｍ）の技術ノードで技術的限界に近づいている。次世代リソグラフィ（ＮＧＬ）は、例えば２０ｎｍテクノロジーノード以降で、従来の光リソグラフィ法に取って代わることが期待されている。パターン化されたマスクの画像は、フォトレジストの層でコーティングされた基板表面に高精度光学システムを介して投影される。次に、複雑な化学反応と、現像、露光後のベーク、湿式又はドライエッチングなどの後続の製造ステップの後に、基板表面にパターンが形成される。
マルチパターニング技術は、フォトリソグラフィのために開発された技術であり、特徴の密度と精度を向上させる。この手法は、同じ層内のパターンが異なって見えるか、密度やピッチに互換性がない場合によく使用される。さらに、各パターニングプロセスの間に、次のパターニングプロセスを可能にするために、追加の層若しくは構造を形成、追加、又は補充することができる。さらに、フィーチャサイズが小さくなるにつれて、フィーチャの深さとフィーチャの幅の比率として定義される、より高いアスペクト比の需要が着実に２０：１以上にまで増加している。そのような高いアスペクト比を有する特徴又は堆積材料層をそのような高いアスペクト比のフィーチャに確実に形成することができるエッチング処理及び堆積プロセスを開発することは、重大な課題を提示する。
したがって、高いアスペクト比又は他の所望のプロファイルを有するフィーチャのための所望の材料を用いて、パターニングプロセス並びに堆積プロセスを実行するための装置が必要とされている。
本開示の実施形態は、基板上に所望の材料層を形成するための方法及び装置を提供する。一実施形態では、基板上に材料層を形成するための方法は、有機ケイ素化合物を含む第１のガス前駆体を基板の表面上にパルス状にすることを含む。この方法は、第１の元素を第１のガス前駆体から基板の表面に配置することを含む。この方法は、第１の元素を配置している間、基板の温度を摂氏約１１０度未満に維持することをさらに含む。さらに、この方法は、基板の表面上に第２のガス前駆体をパルス状にすることを含む。この方法は、第２のガス前駆体から基板の表面上の第１の元素に第２の元素を配置することを含む。
別の実施形態では、基板上に材料層を形成するための方法は、エッチング処理チャンバ内に配置された基板に対して、第１の元素を含む有機ケイ素化合物を含む第１のガス前駆体をパルス状にすることを含む。本方法は、第２の元素を含む第２のガス前駆体を、エッチング処理チャンバ内に配置された基板にパルス状にすることを含む。さらに、この方法は、エッチング処理チャンバ内の基板の表面上に材料層を形成することを含む。材料層には、第１の元素と第２の元素が含まれる。
さらに別の実施形態では、基板上に材料層を形成するための方法は、エッチング処理チャンバ内に配置された基板の表面に第１のガス前駆体及び第２のガス前駆体を順次パルス状にすることを含む。第１のガス前駆体は、有機ケイ素化合物を含む。基板の温度は摂氏１１０度未満に維持される。本方法は、基板の表面上に材料層を選択的に形成することを含む。
図面の簡単な説明
本開示の上記の特徴が達成され、詳細に理解され得るように、上で簡単に要約された本開示のより具体的な説明は、添付の図面に示されるその実施形態を参照することによって得ることができる。
本開示の１つ又は複数の実施形態による、パターニング処理を実行するように構成された処理チャンバの概略断面図である。 本開示の１つ又は複数の実施形態による、堆積プロセスを実行するための方法のフローチャートである。 図３Ａは、図２の堆積プロセス中の基板の断面図を示している。 図３Ｂは、図２の堆積プロセス中の基板の断面図を示している。 図３Ｃは、図２の堆積プロセス中の基板の断面図を示している。 図３Ｄは、図２の堆積プロセス中の基板の断面図を示している。 図３Ｅは、図２の堆積プロセス中の基板の断面図を示している。
理解を容易にするために、可能な場合は、図に共通する同一の元素を示すために同一の参照番号が使用されている。一実施形態の元素及び特徴は、さらに列挙することなく、他の実施形態に有益に組み込まれ得ることが企図される。
しかしながら、添付の図面は、本開示の例示的な実施形態のみを示しており、したがって、その範囲を限定すると見なされるべきではないことに留意されたい。
詳細な説明
所望の小さな寸法を有するナノ構造上又はナノ構造内に材料層を形成するための方法が提供される。本方法は、エッチングチャンバなどの処理チャンバ内で、摂氏１１０度未満などの比較的低温での原子層堆積プロセスを利用する。前駆体を適切に選択し、プロセスパラメータを制御することにより、材料層は、基板上に形成されるか、又は板上に形成された２０：１を超えるなどの高アスペクト比を有するフィーチャに充填され得る。材料層はまた、摂氏１１０度未満のプロセス温度の下で形成され得、その結果、堆積プロセスがエッチング処理チャンバ内で形成されることを可能にし、これは、摂氏１１０度未満などの室温で動作する基板支持体アセンブリを備えている。
ここで使用される「基板」という用語は、その後の処理操作の基礎として機能し、洗浄される表面を含む材料の層を指す。例えば、基板は、ケイ素含有材料、第ＩＶ族又は第ＩＩＩ～Ｖ族含有化合物、例えば、Ｓｉ、ポリシリコン、アモルファスシリコン、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＧａＳｂ、ＩｎＳｂなど、又はそれらの組み合わせを含む１つ又は複数の材料を含むことができる。さらに、基板は、二酸化ケイ素、有機ケイ酸塩、及び炭素ドープ酸化ケイ素などの誘電体材料を含むこともできる。基板はまた、ニッケル、チタン、白金、モリブデン、レニウム、オスミウム、クロム、鉄、アルミニウム、銅、タングステン、又はそれらの組み合わせなどの１つ又は複数の導電性金属を含み得る。さらに、基板は、用途に応じて、金属窒化物、金属酸化物、及び金属合金などの他の任意の材料を含むことができる。１つ又は複数の実施形態では、基板は、接触構造、金属ケイ化物層、又はゲート誘電体層とゲート電極層を含むゲート構造を形成して、その後、その上に形成されるプラグ、ビア、コンタクト、ライン、ワイヤなどの相互接続機能、又は導体デバイスで利用される適切な構造との接続を容易にする。
さらに、基板は特定のサイズ又は形状に限定されない。基板は、直径２００ｍｍ、直径３００ｍｍ、直径４５０ｍｍ又は他の直径を有する円形ウエハであり得る。基板はまた、フラットパネルディスプレイの製造に使用される多角形ガラス、プラスチック基板などの、任意の多角形、正方形、長方形、湾曲、又はその他の非円形のワークピースであり得る。
図１は、プラズマ処理チャンバ１００内の基板３０２上に配置された材料層を形成するだけでなく、材料層をパターン化するのに適した例示的なプラズマ処理チャンバ１００の簡略断面図である。例示的なプラズマ処理チャンバ１００は、堆積プロセスを実行するのに適している。本開示の恩恵を受けるように適合させることができるプラズマ処理チャンバ１００の一例は、カ リフォルニア州サンタクララにあるＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， Ｉｎｃ．から入手可能なＣＥＮＴＲＩＳ（登録商標）Ｓｙｍ３（商標）エッチング処理チャンバである。他の製造業者からのものを含む他の処理チャンバは、本開示の実施形態を実施するために適合され得ることが企図される。
プラズマ処理チャンバ１００は、その中に定義されたチャンバ容積１０１を有するチャンバ本体１０５を含む。チャンバ本体１０５は側壁１１２及び底部１１８を有し、これらは接地１２６に接続される。側壁１１２は、側壁１１２を保護し、プラズマ処理チャンバ１００のメンテナンスサイクル間の時間を延長するためのライナー１１５を有する。プラズマ処理チャンバ１００のチャンバ本体１０５及び関連する構成要素の寸法は限定されず、そこで処理される基板３０２のサイズよりも比例して大きくてもよい。基板サイズの例としては、限定するものではないが、直径２００ｍｍ、直径２５０ｍｍ、直径３００ｍｍ、及び直径４５０ｍｍのものが含まれる。
チャンバ本体１０５は、チャンバ容積１０１を封入するためにチャンバ蓋アセンブリ１１０を支持する。チャンバ本体１０５は、アルミニウム又は他の適切な材料から製造することができる。基板アクセスポート１１３は、チャンバ本体１０５の側壁１１２を介して形成され、プラズマ処理チャンバ１００への及びプラズマ処理チャンバ１００からの基板３０２の移動を容易にする。基板アクセスポート１１３は、基板処理システム（図示せず）の移送チャンバ及び／又は他のチャンバに結合することができる。
ポンプポート１４５は、チャンバ本体１０５の側壁１１２を介して形成され、チャンバ容積１０１に接続されている。ポンピング装置（図示せず）は、内部を排気し圧力制御するために、ポンピングポート１４５を介して処理空間１０１に連結される。ポンピング装置は、一又は複数のポンプ及びスロットルバルブを含みうる。
ガスパネル１６０は、ガスライン１６７によってチャンバ本体１０５に結合されて、プロセスガスをチャンバ容積１０１に供給する。ガスパネル１６０は一又は複数の処理ガス源１６１、１６２、１６３、１６４を含み、所望であれば不活性ガス、非反応性ガス、及び反応性ガスを追加的に含みうる。ガスパネル１６０によって提供され得るプロセスガスの例には、メタン（ＣＨ４）を含む炭化水素含有ガス、六フッ化硫黄（ＳＦ６）、塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）などのケイ素含有ガス、又は有機ケイ素含有ガス、例えば、ビス（ジエチルアミド）シラン（ＢＤＥＡＳ）、トリス（ジメチルアミノ）シラン（ＴＤＭＡＳ）、ビス（ターシャリーブチルアミノ）シラン（ＢＴＢＡＳ）、四フッ化炭素（ＣＦ４）、臭化水素（ＨＢｒ）、炭化水素含有ガス、アルゴンガス（Ａｒ）、塩素（Ｃｌ２）、窒素（Ｎ２）、ヘリウム（Ｈｅ）、酸素ガス（Ｏ２）が含まれるが、これらに限定されない。さらに、プロセスガスには、窒素、塩素、フッ素、酸素、及び水素を含むガス、とりわけＢＣｌ３、Ｃ２Ｆ４、Ｃ４Ｆ８、Ｃ４Ｆ６、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ３Ｆ、ＮＦ３、ＮＨ３、ＣＯ２、ＳＯ２、ＣＯ、Ｎ２、ＮＯ２、Ｎ２Ｏ及びＨ２を含むことができる。
バルブ１６６は、ガスパネル１６０からの供給源１６１、１６２、１６３、１６４からのプロセスガスの流れを制御し、コントローラ１６５によって管理される。ガスパネル１６０からチャンバ本体１０５に供給されるガスの流れは、ガスの組み合わせを含みうる。
チャンバ蓋アセンブリ１１０は、ノズル１１４を含み得る。ノズル１１４は、ガスパネル１６０のソース１６１、１６２、１６４、１６３からの処理ガスをチャンバ空間１０１に導入するための一又は複数のポートを有する。プロセスガスがプラズマ処理チャンバ１００に導入された後、ガスはエネルギーを与えられてプラズマを形成する。１つ又は複数のインダクタコイルなどのアンテナ１４８は、プラズマ処理チャンバ１００に隣接して提供され得る。アンテナ電源１４２は、整合回路１４１を介してアンテナ１４８に電力を供給して、ＲＦエネルギーなどのエネルギーをプロセスガスに誘導的に結合して、プラズマ処理チャンバ１００のチャンバ容積１０１内のプロセスガスから形成されるプラズマを維持することができる。アンテナ電源１４２に代えて、又は追加して、基板３０２の下方及び／又は基板３０２の上方の処理電極は、チャンバ空間１０１内にプラズマを維持するため、処理ガスにＲＦ電力を容量結合するために使用されうる。アンテナ電源１４２の動作は、プラズマ処理チャンバ１００内の他の構成要素の動作も制御するコントローラ１６５などのコントローラによって制御することができる。
基板支持ペデスタル１３５は、処理中に基板３０２を支持するために、チャンバ容積１０１内に配置される。基板支持ペデスタル１３５は、処理中に基板３０２を保持するための静電チャック（ＥＳＣ）１２２を含み得る。ＥＳＣ１２２は、静電引力を使用して、基板３０２を基板支持体ペデスタル１３５に保持する。ＥＳＣ１２２は、整合回路１２４と一体化したＲＦ電源１２５から給電される。ＥＳＣ１２２は、誘電体本体内に埋め込まれた電極１１２を含む。電極１１２は、ＲＦ電源１２５に結合され、チャンバ容積１０１内のプロセスガスによって形成されたプラズマイオンを、ＥＳＣ１２２及びその上に配置された基板３０２に引き付けるバイアスを提供する。ＲＦ電源１２５は、基板３０２の処理中に、オンとオフを繰り返すか、又はパルス状にすることができる。ＥＳＣ１２２は、ＥＳＣ１２２の保守寿命を延ばすため、ＥＳＣ１２２の側壁がプラズマに引き寄せられにくくするための絶縁部１２８を有する。さらに、基板支持体ペデスタル１３５は、プラズマガスから基板支持体ペデスタル１３５の側壁を保護し、プラズマ処理チャンバ１００のメンテナンス間の時間を延長するために、カソードライナー１３６を有することができる。
さらに、電極１１２は、電源１５０に結合されている。電源１５０は、電極２１２に約２００ボルト～約２０００ボルトのチャッキング電圧を提供する。電源１５０はまた、基板３０２をチャッキング及びデチャッキングするためにＤＣ電流を電極２１２に向けることによって電極１１２の動作を制御するためのシステムコントローラを含み得る。
ＥＳＣ１２２は、基板を加熱するために、その中に配置され、電源（図示せず）に接続されたヒータを含み得る一方で、ＥＳＣ１２２を支持する冷却ベース１２９は、熱伝達流体を循環させて、ＥＳＣ１２２及びその上に配置された基板３０２の温度を維持するための導管を含み得る。ＥＳＣ１２２は、基板３０２上に製造されるデバイスの熱収支によって望まれる温度範囲で動作するように構成される。例えば、ＥＳＣ１２２は、特定の実施形態について、基板３０２を摂氏約マイナス約２５℃から約１５０度の温度に維持するように構成され得る。
冷却ベース１２９は、基板３０２の温度を制御するのを助けるために提供される。プロセスドリフト及び時間を軽減するために、基板３０２の温度は、基板３０２が洗浄チャンバ内にある間中、冷却ベース１２９によって実質的に一定に維持され得る。一実施形態では、基板３０２の温度は、その後の洗浄プロセス全体を通して、摂氏約３０度～１２０度に維持される。
カバーリング１３０は、ＥＳＣ１２２上に、そして基板支持体ペデスタル１３５の周囲に沿って配置される。カバーリング１３０は、プラズマ処理チャンバ１００内のプラズマ環境から基板支持体ペデスタル１３５の上面を遮蔽しながら、エッチングガスを基板３０２の露出された上面の所望の部分に閉じ込めるように構成される。基板３０２を基板支持ペデスタル１３５の上方に持ち上げて、移送ロボット（図示せず）又はその他の適切な移送機構による基板３０２へのアクセスを容易にするために、リフトピン（図示せず）は、基板支持ペデスタル１３５を通して選択的に移動される。
コントローラ１６５は、プロセスシーケンスを制御するために利用され得、ガスパネル１６０からプラズマ処理チャンバ１００へのガス流及び他のプロセスパラメータを調整する。ソフトウェアルーチンは、ＣＰＵによって実行されると、ＣＰＵを、本開示に従ってプロセスが実行されるようにプラズマ処理チャンバ１００を制御する特定の目的のコンピュータ（コントローラ）に変換する。ソフトウェアルーチンはまた、プラズマ処理チャンバ１００と併置された第２のコントローラ（図示せず）によって格納及び／又は実行され得る。
図２は、エッチング又はパターニング処理チャンバ内の基板上に材料層を堆積するためのインシトゥ（その場）堆積プロセスのための方法２００の一例の流れ図である。材料層は、後で、マスク層、ライナー層、バリア層、スペーサ層、充填層、又はパッシベーション層として機能するように利用されて、材料層の下に配置された下にある層へのさらなるフィーチャの移動のために、基板上のフィーチャの寸法又はプロファイルをさらに変更する。図３Ａ～図３Ｅは、方法２００の様々な段階に対応して形成された構造３０４を有する基板３０２の一部の断面図である。
方法２００を利用して、異なる構造を形成するために、異なる材料要件を有する基板３０２上に形成された構造３０４上に材料層を堆積させることができる。下にある層（図示せず）に適した材料には、層間誘電体層、接触誘電体層、ゲート電極層、ゲート誘電体層、ＳＴＩ絶縁層、金属間層（ＩＭＬ）、又は任意の適切な層が含まれ得る。構造３０４は、結晶シリコン（例えば、Ｓｉ＜１００＞又はＳｉ＜１１１＞）、酸化ケイ素、歪みシリコン、シリコンゲルマニウム、ゲルマニウム、ドープされた若しくはドープされていないポリシリコン、ドープされた若しくはドープされていないシリコンウエハ、及び絶縁体上のパターン化若しくは非パターン化ウエハシリコン（ＳＯＩ）、炭素ドープケイ素酸化物、窒化ケイ素、ドープされたケイ素、ゲルマニウム、ガリウムヒ素、ガラス、又サファイアなどの材料であり得る。構造３０４は、２００ｍｍ、３００ｍｍ、４５０ｍｍ又は他の直径などの様々な寸法を有し得、並びに長方形又は正方形のパネルであり得る。特に断りのない限り、ここに記載の例は、直径２００ｍｍ、直径３００ｍｍ、又は直径４５０ｍｍの基板上で実施される。
あるいはまた、方法２００は、必要に応じて適切なタイプの構造上に材料を形成するために有益に利用され得る。
方法２００は、図３Ａに示されるように、その上に形成された構造３０４を有する基板３０２を提供することによって、操作２０２で開始する。基板３０２は、堆積プロセスを実行するために、図１に示されるプラズマ処理チャンバ１００などの処理チャンバに配置される。一例では、プラズマ処理チャンバ１００は、堆積プロセスを実行するために基板３０２をその中に配置することを可能にするエッチングチャンバ又はパターニングチャンバである。構造３０４は、互いに所望の距離で形成されたパターン化されたフィーチャを含む。一実施形態では、構造３０４は、半導体デバイス内に層を形成するために利用される誘電体層又はフォトレジスト層から製造され得る。誘電体層の適切な例には、炭素含有酸化ケイ素（ＳｉＯＣ）、ポリアミドなどのポリマー材料、ＳＯＧ、ＵＳＧ、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、炭化ケイ素、オキシ炭化ケイ素などが含まれる。
図３Ａ～図３Ｅに示される例では、構造３０４は、ケイ素含有材料又は誘電体層を含む。シリコン含有材料の適切な例には、結晶シリコン、酸化ケイ、歪みシリコン、シリコンゲルマニウム、ゲルマニウム、ドープされた若しくはドープされていないポリシリコン、及び必要に応じて他のドープされた若しくはドープされていないケイ素含有材料が含まれる。誘電体層の適切な例は、必要に応じて、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）、オキシ炭化ケイ素（ＳｉＯＣ）、又はアモルファスカーボン材料であり得る。
操作２０４において、第１のガス前駆体３０６は、図３Ｂに示されるように、プラズマ処理チャンバ１００内の基板３０２の表面に供給される。一例では、第１のガス前駆体３０６は、ケイ素元素３５０などの第１の元素を含み、これは、基板３０２及び構造３０４に対して高い吸収能力を有し得る。例えば、基板３０２及び／又は構造３０４が、第１のガス前駆体３０６内の原子又は元素と同一又は類似である原子又は元素を含む場合、第１のガス前駆体３０６からの原子又は元素は、基板３０２からの及び／又は構造３０４からの原子又は元素に首尾よく接着、吸収、又は付着されて、それらの間の付着及び結合を強化し得る。例えば、基板３０２及び／又は構造３０４がケイ素元素３５０を含む場合、選択された第１のガス前駆体３０６からの第１の元素はまた、ケイ素元素を含み、その結果、第１のガス前駆体３０６からのケイ素元素は、基板３０２及び／又は構造３０４からのケイ素元素に首尾よく接着、吸収、又は付着され得る第１のガス前駆体３０６の適切な例は、有機ケイ素化合物などのケイ素含有ガスである。有機ケイ素化合物は、－１０℃と約５０℃との間など、室温で液体状態として維持されることが望ましい。さらに、有機ケイ素化合物はまた、室温環境に置かれたときに比較的安定した状態に維持される。一例では、有機ケイ素化合物は、アミノシラン前駆体を含む。アミノシラン前駆体からのアミノ配位子は、ケイ素から容易に解離するように構成されており、ケイ素のダングリングボンドが表面との化学吸着を形成する可能性がある。同時に、他の配位子は他の前駆体とのさらなる反応を妨げており、したがって自己制限特性を達成することができた。
有機ケイ素化合物の適切な例には、ビス（ジエチルアミド）シラン（ＢＤＥＡＳ）、トリス（ジメチルアミノ）シラン（ＴＤＭＡＳ）、ビス（ターシャリーブチルアミノ）シラン（ＢＴＢＡＳ）、及びトリシリルアミン（ＴＳＡ）が含まれる。１つの特定の例では、第１のガス前駆体３０６のために選択される有機ケイ素化合物は、ビス（ジエチルアミド）シラン（ＢＤＥＡＳ）又はビス（ターシャリーブチルアミノ）シラン（ＢＴＢＡＳ）である。
ケイ素元素３５０は、基板３０２及び／又は構造３０４の表面に吸収される第１のガス前駆体３０６からの第１の元素として機能する。
第１のガス前駆体３０６は、プラズマ処理チャンバ１００にパルス状にされて、原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスを実行する。例えば、ＡＬＤプロセスの各パルスにより、材料層の単分子層の成長と堆積が可能になる。原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスは、自己停止／成長を制限する化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセスである。ＡＬＤプロセスは、わずか数オングストーム又は単分子層レベルの厚みを生み出す。ＡＬＤプロセスは、化学反応を２つの別個の半反応に分配することによって制御され、これらはサイクルで繰り返され、ここに記載の方法２００の操作２０４及び２０８に含まれる。ＡＬＤプロセスによって形成される材料層の厚さは、反応サイクルの数に依存する。第１のガス前駆体３０６パルスは、所定の時間間隔の間続く。パルスという用語はここで使用されているように、処理チャンバに注入される材料の投与を意味する。
操作２０４での第１のガス前駆体３０６からの第１の反応は、基板上に吸収される分子層の第１の原子層（例えば、第１のガス前駆体からの第１の元素から供給される）及び操作２０８で後述する第２のガス前駆体は、第１の原子層に吸収される分子層の第２の原子層を提供する。図３Ｂに示す例では、第１のガス前駆体３０６（例えば、ビス（ジエチルアミド）シラン（ＢＤＥＡＳ）前駆体）には、ケイ素及び水素などの複数の元素と、Ｎ－（Ｃ２Ｈ５）２配位子などの配位子が含まれている。以下に、一例として、第１のガス前駆体３０６に使用されたビス（ジエチルアミド）シラン（ＢＤＥＡＳ）前駆体の化学構造を示す。
Figure 2022533388000002
第１のガス前駆体３０６が基板に供給されると、ケイ素元素３５０は、構造３０４の上面及び側壁、並びにケイ素元素を有する基板３０２の上面３０８に吸収されて付着する傾向がある。図３Ｂに示すように、次に、基板３０２及び／又は構造３０４からの同じ元素を共有しない水素元素３０５及び配位子３０７（例えば、Ｎ－（Ｃ２Ｈ５）２配位子）などの他の元素は、基板３０２及び／又は構造３０４からの同じ元素を共有しなく、構造３０４及び／又は基板３０２に、緩い結合又は結合なしで、構造３０４に隣接してぶら下がっている。したがって、選択的堆積プロセスは、第１のガス前駆体３０６からの第１の元素から類似又は同じ元素を提供する基板の特定の表面上に第１の単分子層を形成することによっても得られる。
いくつかのプロセスパラメータもまた、第１のガス前駆体３０６のパルス状にする間に調整される。一実施形態では、プロセス圧力は、約１ｍＴｏｒｒと約１００ｍＴｏｒｒとの間で制御される。処理温度は、摂氏約１１０度未満、例えば、摂氏約－１０度と摂氏約１１０度との間、例えば、摂氏約２０度と摂氏約９０度との間に維持される。第１のガス前駆体３０６を供給している間、ＲＦバイアス電力又はＲＦ源電力などのＲＦ電力は、必要に応じて排除され得る。プラズマのない環境は、元素が徐々に且つゆっくりと基板表面に落下することを可能にし、したがって、基板表面への材料層のコンフォーマルな堆積を強化すると考えられている。いくつかの実施形態では、ＲＦ源又はバイアス電力は、必要に応じて第１のガス前駆体３０６を供給しながら、プラズマを生成するために必要に応じて代替的又は同時に適用され得る。第１のガス前駆体３０６は、約５ｓｃｃｍと約１５０ｓｃｃｍとの間で供給され得る。第１の前駆体ガスの各パルスは、約３Åと約５Åとの間の厚さを有する材料層３６０（図３Ｅに示されるように）の第１の単分子層を堆積させることができる。
図３Ｃに示すように、次に、操作２０６で、パージガスがプラズマ処理チャンバ１００に供給されて、基板３０２及び／又は構造３０４に付着されていない原子及び／又は元素（例えば、水素元素３０５及び配位子３０７（例えば、Ｎ－（Ｃ２Ｈ５）２配位子））をパージする。パージガスの適切な例には、Ａｒ若しくはＨｅなどの挿入ガス、窒素含有ガス、又は他の適切なガスが含まれる。
パージガス混合物のパルス状にする間に、いくつかのプロセスパラメータも調整される。一実施形態では、プロセス圧力は、約１ｍＴｏｒｒと約１００ｍＴｏｒｒとの間で制御される。処理温度は、摂氏約１１０度未満、例えば、摂氏約－１０度と摂氏約１１０度との間、例えば、摂氏約２０度と摂氏約１００度との間に維持される。ＲＦ源電力は、約５００ワットと約１０００ワットとの間など、約１００ワットと約１２００ワットとの間で制御することができる。ＲＦバイアス電力は、約５０ワットと約１００ワットとの間など、約１０ワットと約２００ワットとの間で制御することができる。パージガスは、約５ｓｃｃｍと約１５０ｓｃｃｍとの間で供給され得る。
操作２０８において、第２のガス前駆体３１０は、図３Ｄに示されるように、プラズマ処理チャンバ１００内の基板３０２の表面に供給される。一例では、第２のガス前駆体３１０は、基板３０２上のケイ素元素３５０などの第１の元素及び／又は第１のガス前駆体３０６から提供される構造３０４と反応することができる第２の元素を含む。パルスとしての第２の元素は、基板３０２及び／又は構造３０４の表面３１３、３１４及び側壁３１２上のケイ素元素３５０などの第１の元素と反応及び結合する。図３Ｄに配置された例では、第２のガス前駆体３１０は、酸素又は窒素含有ガスを含み、酸素又は窒素元素３１１を提供する。第１のガス前駆体からの元素と反応する元素又は原子を提供することができる他の適切な第２のガス前駆体３１０もまた、必要に応じて利用され得ることに留意されたい。酸素又は窒素元素３１１は、ケイ素元素３５０と反応する。次に、酸素又は窒素元素３１１は、基板３０２及び／又は構造３０４上のケイ素元素３５０によって吸収され、基板３０２及び／又は構造３０４の表面及び側壁上に（図３Ｅに示されるように）材料層３６０を形成する。第２の元素が酸素元素３１１である例では、基板３０２上に形成された材料層３６０は、酸化ケイ素層である。第２の元素が窒素元素３１１である別の例では、基板３０２上に形成された材料層３６０は、窒化ケイ素層である。
酸素含有ガスの適切な例には、Ｏ２、ＣＯ２、Ｈ２Ｏなどが含まれる。窒素含有ガスの適切な例には、Ｎ２、ＮＯ２、Ｎ２Ｏ、ＮＨ３などが含まれる。一例では、酸素含有ガスはＯ２であり、窒素含有ガスはＮＨ３又はＮ２である。
異なるプロセス要件に基づいて、プロセスパラメータは、操作２０８で異なって制御され得る。図３Ｄ及び図３Ｅに示されるように、材料層３６０が基板３０２及び／又は構造３０４を横切って共形に形成されることが望まれる例では、適切な範囲のＲＦバイアス電力及び／又はソース電力を適用して、元素を活性化するだけでなく、基板３０２及び／又は構造３０４の表面及び側壁に向かって元素又は原子の方向性を提供することができる。ＲＦバイアス電力及び／又はＲＦ源電力の助けを借りて、第２のガス前駆体３１０からの元素又は原子は、構造３０４の上面に留まることができ、並びに、構造３０４の側壁及び基板３０２の上面３０８に向かって加速されることができる。
いくつかのプロセスパラメータもまた、第２のガス前駆体３１０のパルス状にする間に調整される。一実施形態では、プロセス圧力は、約１ｍＴｏｒｒと約１００ｍＴｏｒｒとの間で制御される。処理温度は、摂氏約１１０度未満、例えば、摂氏約－１０度と摂氏約１１０度との間、例えば、摂氏約２０度と摂氏約１００度との間に維持される。ＲＦ源電力は、約５００ワット及び約１０００ワットなど、約１００ワットと約２５００ワットとの間で制御することができる。ＲＦバイアス電力は、第２のガス前駆体を供給している間に任意に供給され得る。適用されるＲＦ源及びバイアス電力は、ケイ素元素３５０への酸素又は窒素元素３１１の吸収を増強するように、活性化／励起状態での基板３０２からの酸素又は窒素元素３１１並びにケイ素元素３５０の活性化を支援し得ると考えられている。第２の前駆体ガスの各パルスは、約３Åと約１５Åとの間の厚さを有する材料層３６０の第１の単分子層を堆積させることができる。
操作２０６でのパージガス供給と同様に、次に、操作２１０で、パージガスがプラズマ処理チャンバ１００に供給されて、図３Ｅに示されるように、基板３０２及び／又は構造３０４に付着されていない原子及び／又は元素をパージする。パージガスの適切な例には、Ａｒ若しくはＨｅなどの挿入ガス、窒素含有ガス、又は他の適切なガスが含まれる。
パージガス混合物のパルス状にする間に、いくつかのプロセスパラメータも調整される。一実施形態では、プロセス圧力は、約１ｍＴｏｒｒと約１００ｍＴｏｒｒとの間で制御される。処理温度は、摂氏約１１０度未満、例えば摂氏約－１０度と摂氏約１２０度との間、例えば、摂氏約２０度と摂氏約１００度との間に維持される。ＲＦ源電力は、約５００ワットと約１０００ワットとの間など、約１００ワットと約２５００ワットとの間で制御することができる。ＲＦバイアス電力は、約５０ワットと約１００ワットとの間など、約１０ワットと約５００ワットとの間で制御することができる。パージガスは、約５ｓｃｃｍと約１５０ｓｃｃｍとの間で供給され得る。
このように、操作２０４及び２０８からの第１の元素及び第２の元素から構成される単層の秩序だった構造は、次に、基板３０２の所望の位置で構造化材料層３６０上に形成される。操作２０４での第１のガス前駆体３０６からの第１の単分子層は、化学反応によって基板３０２及び構造３０４の所望の位置に吸収され、これにより、第１の単分子層からの原子が、基板３０２及び構造３０４の原子にしっかりと付着することが可能になる。次に、操作２０８で第２のガス前駆体３１０から続いて形成される第２の単分子層が、基板３０２及び構造３０４の所望の位置に選択的に形成され、したがって、エッチングチャンバなどの処理チャンバ内で、摂氏１１０度未満などの低温でＡＬＤプロセスの堆積を可能にする。
操作２０４及び２０８における第１のガス前駆体３０６又は第２のガス前駆体３１０の各パルス間に、操作２０６でのパージガスは、不純物又は残留前駆体ガス混合物を除去するために、第１及び／又は第２のガス前駆体３０６、３１０の各又は複数のパルス間に処理チャンバにパルス状にされ得、これは、基板表面によって未反応／非吸収であるため（例えば、反応ガス混合物などからの未反応の不純物）、処理チャンバからポンプで排出することができる。
第２のガス前駆体３１０が酸素含有ガスである例では、得られる材料層３６０は酸化ケイ素層である。第２のガス前駆体３１０が窒素含有ガスである例では、得られる材料層３６０は窒化ケイ素層である。
操作２０４での第１のガス前駆体３０６をパルス状にすることから始まる追加のサイクルであって、次に、操作２０６でのパージガス供給及び操作２０８での第２のガス前駆体３１０は、材料層３６０の所望の厚さが得られるまで繰り返し実行することができることに留意されたい。第１のガス前駆体３０６をパルス状にする後続のサイクルが開始すると、プロセス圧力及び他のプロセスパラメータは、材料層３６０の後続の単分子層の堆積を支援するために所定のレベルに調整され得る。
したがって、基板の構造上に材料層を形成するための堆積方法が提供される。堆積方法は、摂氏１１０度未満の温度で実行されるＡＬＤのような堆積プロセスを利用して、エッチング処理チャンバ内に材料層を形成し、その結果、エッチングプロセスは、必要に応じて材料層の堆積プロセスの直後に続くことができる。さらに、低温堆積プロセスにより、２０：１を超える高アスペクト比など、低速でコンフォーマルな堆積プロファイルを必要とする適切な機能を備えた任意の基板に材料層を形成することもできる。したがって、プロセスサイクルタイムと製造スループットが改善され、適切に管理される可能性がある。
上記は本開示の実施形態に向けられているが、本開示の他の及びさらなる実施形態は、その基本的な範囲から逸脱することなく考案することができ、その範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。

Claims (15)

  1. 基板上に材料層を形成するための方法であって：
    有機ケイ素化合物を含む第１のガス前駆体を前記基板の表面にパルス状にすることと；
    前記第１のガス前駆体からの第１の元素を前記基板の表面上に配置することと；
    前記第１の元素を配置する間、前記基板の温度を摂氏約１１０度未満に維持することと；
    前記基板の表面上に第２のガス前駆体をパルス状にすることと；
    前記第２のガス前駆体からの第２の元素を、前記基板の表面上の前記第１の元素に配置することと
    を含む、方法。
  2. 前記第１のガス前駆体をパルス状にすることが：
    前記第１のガス前駆体からプラズマを生成することなく前記第１のガス前駆体をパルス状にすることをさらに含み、前記第１のガス前駆体は、エッチング処理チャンバ内に配置された前記基板の表面上にパルス状にされる、請求項１に記載の方法。
  3. 前記第１のガス前駆体が、ＲＦ源電力又はバイアス電力を印加することなく前記基板の表面にパルス状にされ、前記基板の温度は、前記第１のガス前駆体をパルス状にする間約－２０℃と約５０℃との間に維持される、請求項１に記載の方法。
  4. 前記有機ケイ素化合物がアミノシランを含み、前記有機ケイ素化合物が、ビス（ジエチルアミド）シラン（ＢＤＥＡＳ）又はトリス（ジメチルアミノ）シラン（ＴＤＭＡＳ）、ビス（ターシャリーブチルアミノ）シラン（ＢＴＢＡＳ）の少なくとも１つである、請求項１に記載の方法。
  5. 前記第２のガス前駆体をパルス状にすることが：
    前記第２のガス前駆体をパルス状にする間ＲＦ源電力又はＲＦバイアス電力を適用することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  6. パージガスが、前記第１のガス前駆体をパルス状にすることと前記第２のガス前駆体をパルス状にすることとの間に供給される、請求項１に記載の方法。
  7. 前記第２のガス前駆体が、窒素又は酸素含有ガスを含む、請求項１に記載の方法。
  8. 前記窒素又は酸素含有ガスがＮ２又はＯ２である、請求項７に記載の方法。
  9. 前記基板上に配置されたフィーチャの表面上に共形性に材料層を形成することをさらに含み、前記フィーチャは、２０：１を超えるアスペクト比を有し、前記材料層は、酸化ケイ素又は窒化ケイ素から形成される、請求項１に記載の方法。
  10. 前記基板上の構造の表面上に前記材料層を選択的に形成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  11. 基板上に材料層を形成するための方法であって：
    第１の元素を含む有機ケイ素化合物を含む第１のガス前駆体を、エッチング処理チャンバ内に配置された前記基板にパルス状にすることと；
    第２の元素を含む第２のガス前駆体を、前記エッチング処理チャンバ内に配置された前記基板にパルス状にすることと；
    前記エッチング処理チャンバ内の前記基板の表面上に、第１の元素及び第２の元素を含む材料層を形成することと
    を含む、方法。
  12. 前記基板の温度を摂氏１１０度未満に維持することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
  13. 前記第１のガス前駆体が、ＲＦ源電力又はバイアス電力を前記エッチング処理チャンバに印加することなく、前記エッチング処理チャンバ中にパルス状にされる、請求項１１に記載の方法。
  14. 前記第２のガス前駆体が、ＲＦバイアス電力又はＲＦ源電力を前記エッチング処理チャンバに印加する間、前記エッチング処理チャンバ中にパルス状にされる、請求項１１に記載の方法。
  15. 基板上に材料層を形成するための方法であって：
    第１のガス前駆体及び第２のガス前駆体を、エッチング処理チャンバ内に配置された前記基板の表面に順次パルス状にすることであって、前記第１のガス前駆体は有機ケイ素化合物を含む、前記パルス状にすることと；
    前記基板の温度を摂氏１１０度未満に維持することと；
    前記基板の表面上に材料層を選択的に形成することと
    を含む、方法。
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